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Historisches und chemische Eigenschaften von Vitamin C

Biosynthese des Vitamin C

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Abb.1
D-Glucose

Die meisten lebenden Organismen können L-Ascorbinsäure aus D-Glucose synthetisieren. D-Glucose (Dextrose, Traubenzucker) ist im Tier- und Pflanzenreich weit verbreitet, sowohl in freier Form als auch als Baustein vieler Polysaccharide.

Es ist interessant, dass bei diesem Umwandlungsprozess eine Inversion der Kohlenstoffkette stattfindet, bei der aus einer D-Struktur eine L-Verbindung entsteht.

In der Fischer-Darstellung lässt sich gut die Zugehörigkeit der Glucose zur D-Reihe erkennen: Die relevante Hydroxy-Gruppe, die am weitesten von der Carbonyl-Gruppe entfernt ist, befindet sich auf der rechten Seite der Kohlenstoff-Kette.

Bei Schutz der Aldehyd-Gruppe kann D-Glucose zu D-Glucuronsäure oxidiert werden. Der darauf folgenden Reduktion der Aldehyd-Gruppe zu einem primären Alkohol muss nach den Regeln der Projektion eine Umlagerung der Kohlenstoffkette (Drehung in der Papierebene um 180°) folgen. Die Carboxy-Gruppe (als nun höchstwertige funktionelle Gruppe) wird somit an die Spitze gestellt und es entsteht L-Gulonsäure (ein Derivat der Gulose).

Voraussetzung für die Bildung der L-Ascorbinsäure aus der L-Gulonsäure ist deren Lactonisierung (Ringschluss unter Wasserabspaltung) und die anschließende Oxidation. Durch spontane Enolisierung erfolgt eine Umlagerung unter Bildung der L- Ascorbinsäure.

Der vorletzte Reaktionsschritt - die Oxidation - wird katalysiert durch ein Enzym, die L-Gulonolacton-oxidase. Es wurde nachgewiesen, dass es dem Menschen und wenigen anderen Tieren unmöglich ist, dieses Enzym zu bilden. Damit ist die Reaktionsabfolge an dieser Stelle blockiert und die Ascorbinsäure ist nicht synthetisierbar.

In Pflanzen ist auch ein alternativer Syntheseweg zur Bildung der L-Ascorbinsäure denkbar. Dabei wird D-Galactose zu D-Galacturonsäure oxidiert, die ebenfalls nach dem beschrieben Reaktionsprinzip durch Reduktion und Lactonisation zu L-Galacturonolacton konvertiert. Dieser Schritt beinhaltet also wiederum eine C6/C1-Inversion, wobei aus der D-Verbindung eine L-Verbindung entsteht.

Durch radioaktive Markierung wurde bei einigen Pflanzen (z. B. Erdbeeren) ein dritter Syntheseweg aufgeklärt, bei dem die L-Ascorbinsäure ebenfalls aus D-Glucose gebildet wird jedoch eine Inversion der Kohlenstoffkette unnötig ist. Letztlich ist aber auch dieser Prozess enzymgesteuert und setzt das Vorhandensein von Bakterien (Erwinia herbicola) voraus, die das Reduktaseenzym bilden können.

Man geht heute davon aus, dass die Tiere (mit Ausnahme der Menschenaffen und einiger weniger Säugetiere, Vögel, Fische und Insekten) die Ascorbinsäure wie beschrieben aus D-Glucose synthetisieren. Warum beim Menschen und diesen wenigen Tierarten die Fähigkeit zur Bildung des Schlüsselenzyms für diese Synthese fehlt (bzw. während der Evolution verloren ging), ist noch immer ein Rätsel.

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